JPS634134B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、断熱熱量計に関する。

〔従来の技術〕

断熱熱量計は、一定量の水の入つている内筒の
中に置かれている耐圧ボンブの中で、発熱量を測
定しようとする試料を燃焼させ、その水の温度上
昇を測定して、水、ボンブ及び内筒の水当量とそ
の水温の上昇との積によつて発熱量を知るように
した熱量計である。

現在よく使用されているのは、JIS−M8802に
規格化されている燃研式断熱熱量計であり、その
構造の概略がが第１図に示してある。

第１図中、１は外筒、２は中間筒、３は内筒、
４はボンブ、５，６はいずれもベツクマン温度差
計、７は撹拌器、８はヒータである。

上記の燃研式断熱熱量計では、内筒及びその中
の水などの温度上昇に伴う外部への放熱を防ぐた
めに、中間筒２と外筒１との間に入れられている
水の温度が内筒内の水温と同じになるように制御
する方式が採用されている。両方の水温の差は、
２本のベツクマン温度差計５，６で測定される。
ベツクマン温度差計を使用するので、中間筒２と
外筒１との間の水温の調節は手動で行なう必要が
ある。

而して、ベツクマン温度差計は、温度の微小変
化を測定し得る計器であるが、感温部の熱容量が
大きいので、時定数がかなり大きい。また、１本
のベツクマン温度差計のみで内筒３内の水の温度
上昇の平均値を測定することは不可能である。さ
らに、ベツクマン温度差計の０点の温度は精度よ
く知ることはできないので、２本のベツクマン温
度差計５，６で両水温の差を測定するのは、良い
測定方法ではない。

そこで、ベツクマン温度差計をサーミスタ温度
計で置き換えると、時定数が小さくなる点、及び
水温の調節を自動的に行ない得る点で改善される
が、微小温度変化の測定が困難になるであろう
し、多量の水の平均温度を知るという点では、感
温部が小さいために、ベツクマン温度差計よりも
不利である。

また、ベツクマン温度差計の代わりに白金抵抗
温度計を用いると、自動的に水温の調節ができ、
測定は面倒であるが精度の良い温度上昇の測定が
できる。然しながら、時定数が大きいこと及び平
均水温が測定できないことは、ベツクマン温度差
計と同様である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、従来の断熱熱量計の上記の如き各種
問題点を解決するためなされたものであり、その
目的とするところは、使用する温度計の時定数が
小さく、水温の調節が自動的に行なうことがで
き、水温上昇を精度良く測定でき、また、各部の
平均水温を正確に測定することが可能で、これに
よつて測定に手間がかからず、しかも高精度の測
定を行ない得る断熱熱量計を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、 測温接点を内筒内に適宜に分散配置し且つその
基準接点が一定温度に保たれた第一の熱電堆を利
用する熱電温度計、又は、上記第一の熱電堆を抵
抗温度計に連接して成る連接温度計と、 一方の測温接点と他の一方の測温接点とがそれ
ぞれ内筒の外壁面と中間筒の内壁面とに適宜に分
散配置された第二の熱電堆と、 上記内筒の外壁面と中間筒の内壁面の平均温度
の差が０になるように中間筒の温度を調節する装
置と、を設けたことを特徴とする断熱熱量計によ
つて達成し得る。

〔作用〕

上記の如き構成であると、上記連接温度計若し
くは熱電温度計は時定数が小さく、水温の調節を
自動的に行なうことができ、水温上昇を精度良く
測定でき、また、多数の測温接点を内筒内の各処
に分散配置することにより内筒内の平均水温を正
確に測定することが可能であるから、高精度でし
かも測定に手間のかからない断熱熱量計を提供し
得るものである。

〔実施例〕

以下、本発明にかゝる断熱熱量計の一実施例を
示す第２図及びその連接温度計の構成の一実施例
を示す第３図を参照しつゝ本発明を具体的に説明
する。

第２図中、１は外筒、２は中間筒、３は内筒、
４はボンブ、７は撹拌器、８はヒータ、１０は多
数の第一の熱電対９，９から成る第一の熱電堆、
１１は測温接点固定枠、１３は多数の第二の熱電
対１２，１２から成る第二の熱電堆、１４は増幅
器、１５は制御器、１６は加熱用電源であり、ま
た第３図中、１０は上記第一の熱電堆、１７は抵
抗温度計、１８は定抵抗、１９は定電流装置、２
０は演算増幅器である。

而して、第２図に示した断熱熱量計において
は、内筒３内の水の温度上昇を測定するのに、第
一の熱電堆１０の測温接点を適宜に配置して使用
する。図中には測温接点の配置の一例が示されて
いるに過ぎず、これらの測温接点は内筒内の平均
温度を測定するため各処に分散配置されるもので
あり、内筒内であればその位置は特定されない。

本発明の第一の形態においては、上記第一の熱
電堆１０は後述する第３図中の抵抗温度計１７に
連接されて連接温度計を構成する。即ち、第一の
熱電堆１０の基準接点の温度を一つの抵抗温度計
１７と同一の温度、即ち連接温度に保ち、更にそ
の連接温度を略一定に保つようにする。

本発明の第二の形態においては、基準接点を精
度良く一定温度に保ち、熱電温度計として使用す
る。

但し、例えば、連接温度が±0.5℃程度に一定
である連接温度計は、基準接点の温度が±0.01℃
の精度で一定に保たれている熱電温度計とほぼ同
等の精度であるから、連接温度計の方が実用的に
は有利である。

なお、上記連接温度計の基準接点はこれを連接
温度に保ちさえすればよく、その配置は任意であ
る。

なお、ここで「連接温度計」について付言すれ
ば、「連接温度計」とは、熱電対と測温抵抗体と
を組み合わせて構成される温度計で、両者の長所
をあわせて持つものであり、熱電対と測温抵抗体
とを直接シリーズに連結する場合と、演算増幅器
を通して連結する場合とがある。いずれの方式で
あつても、測温抵抗体を含む回路に、ある特定の
条件を満たす定電流を流すようになつており、従
来の熱電対の基準接点を補償する方式のものとは
その原理が基本的に異なるものである。このよう
な連接温度計は、熱電温度計及び抵抗温度計の双
方の長所、即ち、感温に対して敏感であり、且
つ、既知の基準温度を必要としないという特徴を
有している。その測定原理及び作動については、
例えば昭和52年刊行の『応用物理 第46巻 第10
号』1004〜1009頁に所載の『熱電抵抗温度計』に
詳しく記載されている。

第３図には、第２図に示した第一の熱電堆１０
に抵抗温度計１７をシリーズに接続して連接温度
計を構成する一例が示されている。

熱電堆１０の抵抗をλとすると、λは一般には
温度によるが、その抵抗が抵抗温度計１７の抵抗
値Ｒに比べて十分に小さく、その温度の変化によ
る抵抗の変化が無視されるとする。

上記抵抗温度計１７に続いて抵抗値ｒの定抵抗
１８が接続され、これと熱電堆１０のもう一方の
接点間に定電流装置１９が連結されている。

定抵抗１８の抵抗ｒは、 ｒ＝R₀＋λ ………(a) （ここでR₀は適宜に選定された基準温度t₀℃にお
ける抵抗温度計の抵抗とする。）である。熱電堆
１０の連接接点Ａ及びＢと抵抗温度計１７はとも
に連接温度t_G℃であるとする。

ここで電流ｉを調節して iR₀α＝β ………(b) であるように定める。（ここでαは抵抗温度計の
抵抗の温度係数といわれる定数、βは抵抗温度計
の熱起電力の温度係数である。） 第３図において、Ａ点の電位は熱電堆１０、抵
抗温度計１７、定抵抗１８をシリーズに連結した
ものに加えられている電圧の和V_Aに等しい。即
ち、 V_A＝Ｅ（ｔ、t_G）＋ｉ（λ＋Ｒ＋ｒ） ………(c) である。またＢ点の電位は定抵抗ｒに加えられて
いる電圧V_Bに等しい。

演算増幅器２０によりV_A−2V_B≡Ｖを作ると、 Ｖ＝V_A−2V_B ＝Ｅ（ｔ、t_G）＋iλ＋iR（t_G）＋ir−2ir ＝Ｅ（ｔ、t_G）＋iλ＋iR（t_G）−ir………(d) である。これに(a)式及び(b)式を用いて整理する
と、 Ｖ＝V_A−2V_B ＝Ｅ（ｔ、t_G）＋iR₀α（t_G−t₀） ＝Ｅ（ｔ、t₀） となる。

従つて、Ｖを測定することにより温度ｔ℃が知
られるものである。

而して、本発明にかゝる断熱熱量計に組み込ま
れた連接温度計の基準温度は、熱量計を使用する
ときの最初の水温に近い適宜の一温度に選定す
る。連接温度はその基準温度と近似的に同じにす
る。連接温度計の出力電圧、或いは熱電温度計の
熱起電力から温度t^*℃に相当する一定電圧〔測温
接点をt^*℃に、基準接点をt₀℃（基準温度）とし
たときの熱電堆の熱起電力〕を引き去つた残りの
電圧V_Dは熱電堆の測温接点の平均温度ｔ℃とt^*
℃とで定まる。使用している熱電堆の熱起電力と
温度との関係が直線的とみられるならば、 V_D＝β（ｔ−t^*） ………(1) であり、V_Dは温度差（ｔ−t^*）℃に比例してい
る。

熱量計の内筒３内の水の最初の平均温度がt₁℃
であり、それが上昇してt₂℃になつたとする。t₁
℃、t₂℃のときのV_DをそれぞれV_D1、V_D2とする
と、 V_D2−V_D1＝β（t₂−t₁） ………(2) である。V_D2−V_D1の測定によつて上昇温度（t₂−
t₁）℃が知られる。電圧計に温度差目盛をつけて
おけば、温度差が読み取られる。式(2)はt^*℃に無
関係であるから、t^*℃が知られている必要はな
い。これはベツクマン温度差計で０度の温度が知
られていないでも、上昇温度が測定されるのに類
似している。

t^*＝t₁であるようにすれば、V_D2の測定によつ
て温度上昇が知られる。熱電温度計で微小な温度
変化が測定できるのは、熱起電力から一定電圧を
引き去つた残りの電圧V_Dを測定するようにした
ためである。

V_Dの測定に用いる電圧計が、例えば0.5級のも
のであるとすると、0.01℃まで測定するには、フ
ルスケールが２℃であるようにすればよい。更に
細かく測定したいときには、フルスケールを１℃
或いは0.5℃にすることもできるが、こゝでは、
フルスケールが２℃であるとする。

測定する電圧がフルスケールを超えるときに
は、その電圧から一定電圧、例えば温度差２℃に
相当する熱起電力を引き去つて測定し、得られた
電圧に引き去つた電圧を加えた和をV_Dとする。
V_Dが大きくて引き去つた残りがフルスケールを
超えるならば、それから、更に同じ一定電圧を引
き去る。このようなことを繰り返す。以上のよう
な方法で上昇温度が細かく測定される。

本発明の第二の改良点は、中間筒２と外筒１と
の間の水の温度を測定しないで、その代わりに、
内筒３の外壁面と中間筒２の内壁面との温度差が
０になるようにするために、多数の第二の熱電対
１２，１２でできている第二の熱電堆１３の両接
点を両壁面に分布して設置し、その熱電堆１３の
熱起電力が両壁面の平均温度の差に比例するよう
にした点である。第２図には第二の熱電堆１３の
接点の分布の例を示す。中間筒２を適宜の方法で
加熱し、その加熱を調節して熱電堆の熱起電力が
０になるようにする。加熱手段としては、例え
ば、中間筒２に加熱導線を巻き付け、それに第二
の熱電堆の熱起電力に比例した電流を流す方法で
もよい。或いはまた、第２図に示すように中間筒
２と外筒１との間に水を入れて、その温度を例え
ばヒータ８により調節するようにしてもよい。そ
の場合、第二の熱電堆１３の出力を増幅器１４で
増幅し、制御器１５を介してヒータ８の加熱用電
源１６を制御して第二の熱電堆１３の出力が０と
なるように調整するものである。

中間筒２に加熱導線を巻き付ける方式ならば、
中間筒２の外に水を置く必要はない。

内筒３の外壁面と中間筒２の内壁面との温度が
同じであるようにすると、中間筒２と外筒１との
間の水の温度を調節するよりも、優れた断熱性が
得られる。

〔発明の効果〕 本発明は叙上の如く構成されるから、本発明に
かゝる断熱熱量計は、これに使用される上記連接
温度計若しくは熱電温度計の時定数が小さく、水
温の調節を自動的に行なうことができ、水温上昇
を精度良く測定でき、また、多数の測温接点を内
筒内の各処に分散配置することにより内筒内の平
均水温を正確に測定することが可能であるから、
高精度でしかも測定に手間のかからない断熱熱量
計を提供し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知の燃研式断熱熱量計の構造の
概略を示す断面図、第２図は本発明にかゝる断熱
熱量計の一実施例を示す断面図、第３図はその連
接温度計の構成の一実施例を示す回路図である。 １……外筒、２……中間筒、３……内筒、４…
…ボンブ、５，６……ベツクマン温度差計、７…
…撹拌器、８……ヒータ、９，９……第一の熱電
対、１０……第一の熱電堆、１２，１２……第二
の熱電対、１３……第二の熱電堆、１４……増幅
器、１５……制御器、１６……加熱用電源、１７
……抵抗温度計、１８……定抵抗、１９……定電
流装置、２０……演算増幅器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測温接点を内筒内に適宜に分散配置し且つそ
   の基準接点が一定温度に保たれた第一の熱電堆を
   利用する熱電温度計、又は、上記第一の熱電堆を
   抵抗温度計に連接して成る連接温度計と、 一方の測温接点と他の一方の測温接点とがそれ
   ぞれ内筒の外壁面と中間筒の内壁面とに適宜に分
   散配置された第二の熱電堆と、 上記内筒の外壁面と中間筒の内壁面の平均温度
   の差が０になるように中間筒の温度を調節する装
   置と、を設けたことを特徴とする断熱熱量計。